CN1793632A - 内燃机的控制装置 - Google Patents

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Abstract

一种内燃机的控制装置，在柴油机中，即使在过量空气系数降低、定容度低下的情况等，也能够在怠速运转时进行响应优良地转速控制。根据过量空气系数、燃料的点火时期、缸内的压缩端温度中的至少一个预测怠速运转中的定容度CVOL(S1)。根据吸气压力、EGR率、过量空气系数、水温、辅机负载中的至少一个预测怠速运转中的运转负载FMOT(S2)。根据定容度CVOL和运转负载FMOT计算怠速喷射量(S3～S6)。

Description

内燃机的控制装置
技术领域
本发明涉及内燃机的控制装置，特别是涉及怠速运转时的控制装置。
背景技术
在内燃机，特别是柴油机中，如专利文献1所示，在怠速运转时，反馈控制燃料喷射量，使发动机的转速与目标怠速转速一致。
专利文献1：特开2002-030962号公报
但是，在柴油机的过量空气系数(λ)与通常的稀混合比区域相比低的区域，由于燃烧期间变长、定容度大幅度降低，燃料喷射量的反馈控制就难以控制转速。
在燃料的点火时期推迟、燃烧期间变长的情况下，及气缸内的压缩端温度降低、燃烧期间变长的情况下，定容度也会大幅度降低，故燃料喷射量的反馈控制也难以控制转速。
另外，定容度是指，当在定容燃烧(在压缩压力构成峰值的上死点，不改变容积而一直进行的假想的燃烧)中的热效率为100％时，实际的图示的热效率的比例。
另一方面，若过量空气系数恒定而减小EGR率，则收集压力降低，吸气阻力增大，但在由于这样的吸气阻力的增大，或由于摩擦阻力的增大而运转负载增大的情况下，燃料喷射量的反馈控制也难以控制转速。
发明内容
本发明是鉴于这样的情况而构成的，其目的在于，提供内燃机的控制装置，其可在怠速运转时响应优良地进行转速控制。
因此，在本发明中，为以下结构，分别预测怠速运转中的定容度和运转负载，由此计算怠速运转时的燃料喷射量。
根据本发明，当怠速运转时，在定容度降低的情况及运转负载增大的情况下，通过预先前馈地增大怠速喷射量，而可响应性良好地进行怠速运转时的转速控制。
附图说明
图1是表示本发明一实施例的发动机的系统图；
图2是表示过量空气系数降低的情况下的问题点的图；
图3是表示过量空气系数改变引起的缸内压力波形的变化的图；
图4是表示点火时期改变引起的缸内压力波形的变化的图；
图5是表示压缩端温度改变引起的缸内压力波形的变化的图；
图6是表示EGR率降低后的情况下的问题点的图；
图7是怠速喷射量控制的流程图；
图8(A)、(B)和(C)是分别表示过量空气系数、点火时期以及压缩端温度和定容度的关系的图；
图9(A)、(B)、(C)和(D)是分别表示吸气压力、EGR率、新气温度以及过量空气系数和压缩端温度的关系的图；
图10(A)、(B)和(C)是分别表示吸气压力、EGR率、过量空气系数、和转速以及水温与运转负载的关系的图；
图11是表示定容度和修正系数的关系的图；
图12是表示运转负载和修正系数的关系的图。
符号说明
1   柴油机
2   吸气通路
3   增压器
5   吸气节流阀
9   燃料喷射阀
10  排气通路
11  EGR通路
12  EGR阀
13 NOX捕集催化剂
14  DPF
20  控制单元
21  转速传感器
22  油门开度传感器
23  空气流量计
24  水温传感器
25  吸气压力传感器
26  吸气温度传感器
27  辅机负载开关
具体实施方式
下面，参照附图说明本发明的实施例。
图1是表示本发明一实施例的内燃机(在此为柴油机)的系统图。
在柴油机1的吸气通路2上设有增压器(涡轮增压器)3的吸气压缩机，吸入空气通过吸气压缩机增压，并由中间冷却器4冷却，通过吸气节流阀5，然后，经过收集器6，流入各气缸的燃烧室内。燃料通过共轨型燃料喷射装置，即高压燃料泵7而被形成高压，并送给共轨8，从各气缸的燃料喷射阀9直接喷射到燃烧室内。流入燃烧室内的空气和喷射的燃料在此利用压缩点火而燃烧，排气流向排气通路10。
流到排气通路10的排气的一部分作为EGR气体，通过EGR装置，即EGR通路11，经由EGR阀12，向吸气侧(收集器6内)回流。剩余排气通过增压器3的排气叶轮，对其进行驱动。
另外，在排气通路10的排气叶轮下游，为进行排气净化，而配置有NOX捕集催化剂13，其通过向三元催化剂中添加NOX捕集材料而成，能够在排气空燃比稀混合比时将排气中的NOX捕集，在排气空燃比理论乃至浓混合比时将捕集到的NOX进行脱离净化。
另外，在该NOX捕集催化剂13的下游配置有捕集排气中的粒子状物质即PM的柴油机微粒过滤器(DPF)14。
为控制发动机1，从发动机转速Ne检测用转速传感器21、油门开度APO检测用油门开度传感器22、吸入空气量Qa检测用空气流量计23、发动机冷却水温Tw检测用水温传感器24、吸气压力(收集器6内的吸气压力)Pc检测用吸气压力传感器25、吸气温度(新气温度)Ta检测用吸气温度传感器26、辅机负载开关27向控制单元20输入信号。
控制单元20基于这些输入信号对由燃料喷射阀9进行的燃料喷射的燃料喷射量及用于喷射时期控制的燃料喷射阀9输出燃料喷射指令信息、对吸气节流阀5输出开度指令信号、对EGR阀12输出开度指令信号等。
在柴油机中，目前，通常在怠速运转时，为使发动机转速与目标怠速转速一致而反馈控制燃料喷射量。
但是，在柴油机的比通常的稀混合比区域过量空气系数(λ)低的区域，如图2所示，随着λ降低，燃烧期间延长，定容度大幅度降低，换言之，通过延长燃烧期间，转矩降低。因此，靠燃料喷射量的反馈控制，难以进行转速控制。
即，当过量空气系数低时，若喷射量一定，由于空气量减少，压缩力不会上升，缸内温度也会降低，所以难以点火、难以燃烧、且燃烧期间变长，其结果，转矩降低，在反馈控制中产生了转矩降低后，由于增大燃料喷射量，而不能抑制转矩降低，或产生摆动。另外，若降低λ，则缸内压力波形如图3(虚线→实线)所示。
在燃料的点火时期推迟、燃烧期间变长的情况下，及缸内的压缩端温度降低、燃烧期间变长的情况下，由于定容度也大幅度降低，故在燃料喷射量的反馈控制中，难以进行转速控制。另外，当使点火时期延迟时，缸内压力波形如图4所示，若降低压缩端温度，则缸内压力波形如图5所示。
另一方面，如图6所示，若过量空气系数一定而减小EGR率时，收集压力(吸气压力)降低，吸气阻力增加，但在由于这样的吸气阻力的增大，而运转负载增大的情况下，燃料喷射量的反馈控制就难以控制转速。在由于摩擦阻力的增大而运转负载增大的情况下也是一样的。
因此，本发明分别预测怠速运转中的定容度和运转负载，由此，前馈地计算并控制怠速运转时的燃料喷射量。
图7是通过控制单元20怠速运转时的燃料喷射量(怠速喷射量)控制的流程图。另外，本流程以怠速运转条件在时间同步或旋转同步下进行。
在S1中，根据过量空气系数(λ)、燃料点火时期、或缸内的压缩端温度，或根据它们的组合预测计算定容度CVOL。
作为过量空气系数，使用目标过量空气系数根据图8(A)的过量空气系数-定容度图表算出对应过量空气系数的定容度CVOL。在此，设定为随着过量空气系数的增大定容度CVOL变大，随着过量空气系数降低定容度CVOL降低。
作为燃料点火时期，可使用燃料喷射时期，根据图8(B)的点火时期-定容度图表算出对应点火时期的定容度CVOL。在此设定为，当点火时期处于某适当位置时定容度CVOL变为最大，而随着比其提前或滞后，定容度CVOL降低。
由于压缩端温度依存于吸气压力(收集压力)、EGR率、新气温度、过量空气系数，故根据它们之中的至少一个进行预测。
图9(A)表示吸气压力-压缩端温度图表，吸气压力越高，压缩端温度越高。
图9(B)表示EGR率-压缩端温度图表，在EGR为某值时，压缩端温度最低，而伴随增大或减小，压缩端温度变高。
图9(C)表示新气温度-压缩端温度图表，新气温度越高，压缩端温度越高。
图9(D)表示过量空气系数-压缩端温度图表，过量空气系数越高，压缩端温度越高。
另外，可根据吸气压力(收集压力)、EGR率、新气温度、过量空气系数中的至少一个进行预测，但通过更多地使用，可提高预测精度。
当预测压缩端温度时，根据图8(C)的压缩端温度-定容度图表算出对应压缩端温度的定容度CVOL。在此设定成，随着压缩端温度的上升，定容度CVOL变大，伴随压缩端温度的降低，定容度CVOL降低。
在S2中，根据吸气压EGR率、过量空气系数、发动机转速、水温、辅机负载中的至少一个预测计算运转负载(吸气阻力及摩擦阻力)FMOT。
图10(A)是表示吸气压力、EGR率、过量空气系数和运转负载FMOT的关系的图表，由于随着吸引压力变高，吸气阻力减小，故运转负载FMOT减小。另外，在EGR率变高后的情况下，由于吸气阻力减小，故运转负载FMOT也减小。另外，在过量空气系数升高后的情况下，由于吸气阻力减小，故运转负载FMOT也减小。
图10(B)表示发动机转速-运转负载图表，随着发动机转速变高，摩擦电阻增大，因此运转负载FMOT增大。
图10(C)表示水温-运转负载图表，由于随着水温变高，摩擦阻力减小，故运转负载FMOT减小。
关于辅机负载，随着加入的辅机负载的总值变高，运转负载FMOT自然会增大。另外在此，也可通过使用更多的参量，提高预测精度。
在S3中，根据由S1求出的定容度CVOL，参照图11的COVL-HQcovl图表算出相对于怠速喷射量的修正系数HQcovl。在此，定容度CVOL越大，越减小修正系数HQcovl，来减量修正怠速喷射量，定容度CVOL越低，越增大修正系数HQcovl增大，以增量修正怠速喷射量。
在S4中，根据由S2求出的运转负载FMOT，参照图12的FMOT-HQfmot图表算出相对于怠速喷射量的修正系数HQfmot。在此，运转负载FMOT越大，越增大修正系数HQfmot，以增量修正怠速喷射量。
在S5中，根据由S3求出的修正系数HQcvol和由S4求出的修正系数HQfmot，通过将它们相乘，算出相对于怠速喷射量的最终修正系数HQidle＝HQcvol×GQfmot。
在S6中，将由S5求出的修正系数HQidle与根据油门开度APO和发动机转速Ne设定的怠速喷射量的基本值BQidle相乘，算出并控制怠速喷射量Qidle＝BQidle×HQidle。
根据本实施例，由于具有：预测怠速运转中的定容度CVOL的装置(S1)、预测怠速运转中的运转负载FMOT的装置(S2)、根据定容度CVOL和运转负载FMOT计算怠速运转时的燃料喷射量的装置(S3～S6)，从而在定容度CVOL降低的情况下，及运转负载FMOT增大的情况下，可通过预先前馈地将怠速喷射量Qidle增大，而可响应性优良地进行怠速运转时的转速控制。
另外，根据本实施例，上述定容度CVOL根据过量空气系数、燃料的点火时期、缸内的压缩端温度中的至少一个进行预测，从而可简单且可靠地进行预测。
根据本实施例，根据吸气压力、EGR率、新气温度、过量空气系数中的至少一个预测上述压缩端温度，从而可简单且可靠地进行预测。
根据本实施例，根据吸气阻力和摩擦阻力中的至少一个预测上述运转负载FMOT，从而可简单且可靠地进行预测。
根据本实施例，根据吸气压力、EGR率、过量空气系数中的至少一个预测上述吸气阻力，从而可简单且可靠地进行预测。
根据本实施例，根据发动机冷却水温和辅机负载中的至少一个预测上述摩擦阻力，从而可简单且可靠地进行预测。

Claims (6)

1、一种内燃机的控制装置，其特征在于，包括：预测怠速运转中的定容度的装置；预测怠速运转中的运转负载的装置；根据所述定容度和运转负载计算怠速运转时的燃料喷射量的装置。
2、如权利要求1所述的内燃机的控制装置，其特征在于，根据过量空气系数、燃料的点火时期、缸内的压缩端温度中的至少一个预测所述定容度。
3、如权利要求2所述的内燃机的控制装置，其特征在于，根据吸气压力、EGR率、新气温度、过量空气系数中的至少一个预测所述压缩端温度。
4、如权利要求1～3中任一项所述的内燃机的控制装置，其特征在于，根据吸气阻力和摩擦阻力中的至少一个预测所述运转负载。
5、如权利要求4所述的内燃机的控制装置，其特征在于，根据吸气压力、EGR率、过量空气系数中的至少一个预测所述吸气阻力。
6、如权利要求4所述的内燃机的控制装置，其特征在于，根据发动机冷却水温和辅机负载中的至少一个预测所述摩擦阻力。
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